Dalam pengukuran tekanan, Anda mungkin memperhatikan bahwa hasil pengukuran tidak langsung mencerminkan perubahan tekanan masukan atau sepenuhnya sesuai ketika tekanan kembali ke kondisi awal. Misalnya, saat menggunakan timbangan kamar mandi untuk mengukur berat badan, sensor timbangan memerlukan waktu untuk mendeteksi dan menstabilkan pembacaan berat badan Anda secara akurat. Ituwaktu responssensor menyebabkan fluktuasi data awal. Setelah sensor menyesuaikan dengan beban dan menyelesaikan pemrosesan data, pembacaan akan menampilkan hasil yang lebih stabil.Hal ini bukan merupakan cacat pada sensor namun merupakan karakteristik normal dari banyak perangkat pengukuran elektronik, terutama ketika melibatkan pemrosesan data real-time dan pencapaian kondisi tunak. Fenomena ini dapat disebut sebagai histeresis sensor.
Apa histeresis pada sensor tekanan?
Sensorhisteresisbiasanya muncul ketika ada perubahan masukan (seperti suhu atau tekanan), dan sinyal keluaran tidak segera mengikuti perubahan masukan, atau ketika masukan kembali ke keadaan semula, sinyal keluaran tidak sepenuhnya kembali ke keadaan awal . Fenomena ini terlihat pada kurva karakteristik sensor, dimana terdapat kurva berbentuk lagging loop antara input dan output, bukan garis lurus. Khususnya, jika Anda mulai meningkatkan masukan dari nilai tertentu, keluaran sensor juga akan meningkat. Namun, ketika masukan mulai berkurang kembali ke titik semula, Anda akan menemukan bahwa nilai keluaran lebih tinggi dari nilai keluaran asli selama proses reduksi, membentuk lingkaran ataulingkaran histeresis. Hal ini menunjukkan bahwa selama proses naik dan turun, nilai masukan yang sama berhubungan dengan dua nilai keluaran yang berbeda, yang merupakan tampilan histeresis secara intuitif.
Diagram menunjukkan hubungan antara keluaran dan tekanan yang diterapkan pada sensor tekanan selama proses penerapan tekanan, yang direpresentasikan dalam bentuk kurva histeresis. Sumbu horizontal mewakili keluaran sensor, dan sumbu vertikal mewakili tekanan yang diterapkan. Kurva merah mewakili proses di mana keluaran sensor meningkat seiring dengan peningkatan tekanan secara bertahap, menunjukkan jalur respons dari tekanan rendah ke tinggi. Kurva biru menunjukkan bahwa ketika tekanan yang diterapkan mulai berkurang, keluaran sensor juga menurun, dari tekanan tinggi kembali ke rendah, yang menggambarkan reaksi sensor selama pelepasan tekanan. Area antara dua kurva, loop histeresis, menampilkan perbedaan keluaran sensor pada tingkat tekanan yang sama selama bongkar muat, biasanya disebabkan oleh sifat fisik dan struktur internal bahan sensor.
Alasan Histeresis Tekanan
Fenomena histeresis disensor tekananHal ini terutama dipengaruhi oleh dua faktor utama, yang berkaitan erat dengan sifat fisik dan mekanisme pengoperasian sensor:
- Histeresis elastis material Setiap material akan mengalami deformasi elastis pada tingkat tertentu ketika terkena gaya eksternal, yang merupakan respons langsung material terhadap gaya yang diterapkan. Ketika gaya luar dihilangkan, material berusaha untuk kembali ke keadaan semula. Namun, pemulihan ini tidak selesai karena ketidakseragaman dalam struktur internal material dan sedikit perubahan yang tidak dapat diubah pada struktur mikro internal selama bongkar muat berulang. Hal ini mengakibatkan kelambatan dalam keluaran perilaku mekanis selama proses bongkar muat terus menerus, yang dikenal dengan istilahhisteresis elastis. Fenomena ini terutama terlihat dalam penerapansensor tekanan, karena sensor sering kali perlu mengukur dan merespons perubahan tekanan secara akurat.
- Gesekan Pada komponen mekanis sensor tekanan, terutama yang melibatkan bagian yang bergerak, gesekan tidak dapat dihindari. Gesekan ini mungkin berasal dari kontak di dalam sensor, seperti titik kontak geser, bantalan, dll. Saat sensor menahan tekanan, titik gesekan ini dapat menghalangi pergerakan bebas struktur mekanis internal sensor, sehingga menyebabkan penundaan antara respons sensor dan respons sensor. tekanan sebenarnya. Ketika tekanan dihilangkan, gaya gesekan yang sama juga dapat mencegah struktur internal berhenti seketika, sehingga juga menimbulkan histeresis selama fase pelepasan.
Kedua faktor ini bersama-sama menyebabkan loop histeresis yang diamati pada sensor selama pengujian bongkar muat berulang, suatu karakteristik yang sering menjadi perhatian khusus dalam aplikasi yang memerlukan presisi dan kemampuan pengulangan yang sangat tinggi. Untuk mengurangi dampak fenomena histeresis ini, desain yang cermat dan pemilihan material untuk sensor sangatlah penting, dan algoritma perangkat lunak mungkin juga diperlukan untuk mengkompensasi histeresis ini dalam aplikasi.
Fenomena histeresis disensor tekanandipengaruhi oleh berbagai faktor yang berhubungan langsung dengan sifat fisik dan kimia sensor serta lingkungan pengoperasiannya.
Faktor apa yang menyebabkan histeresis sensor?
1. Sifat material
- Modulus elastis: Modulus elastis suatu bahan menentukan derajat deformasi elastis ketika terkena gaya. Bahan dengan modulus elastisitas yang lebih tinggi mengalami deformasi yang lebih sedikit, dan bahan tersebuthisteresis elastismungkin relatif lebih rendah.
- Rasio Poisson: Rasio Poisson menggambarkan rasio kontraksi lateral terhadap perpanjangan memanjang suatu material ketika terkena gaya, yang juga mempengaruhi perilaku material selama bongkar muat.
- Struktur internal: Struktur mikro material, termasuk struktur kristal, cacat, dan inklusi, memengaruhi perilaku mekanis dan karakteristik histeresisnya.
2. Proses pembuatan
- Presisi pemesinan: Ketepatan pemesinan komponen sensor secara langsung mempengaruhi kinerjanya. Komponen dengan presisi lebih tinggi akan lebih pas, sehingga mengurangi gesekan tambahan dan konsentrasi tegangan yang disebabkan oleh kesesuaian yang buruk.
- Kekasaran permukaan: Kualitas perawatan permukaan, seperti kekasaran permukaan, mempengaruhi besarnya gesekan, sehingga mempengaruhi kecepatan respons dan histeresis sensor.
- Perubahan suhu mempengaruhi sifat fisik bahan, seperti modulus elastisitas dan koefisien gesekan. Suhu tinggi umumnya membuat bahan menjadi lebih lembut, mengurangi modulus elastisitas dan meningkatkan gesekan, sehingga meningkatkan histeresis. Sebaliknya, suhu rendah dapat membuat bahan menjadi lebih keras dan rapuh, sehingga mempengaruhi histeresis dengan cara yang berbeda.
3. Suhu
- Perubahan suhu mempengaruhi sifat fisik bahan, seperti modulus elastisitas dan koefisien gesekan. Suhu tinggi umumnya membuat bahan menjadi lebih lembut, mengurangi modulus elastisitas dan meningkatkan gesekan, sehingga meningkatkan histeresis. Sebaliknya, suhu rendah dapat membuat bahan menjadi lebih keras dan rapuh, sehingga mempengaruhi histeresis dengan cara yang berbeda.
Resiko
Kehadiran histeresis disensor tekanandapat menyebabkan kesalahan pengukuran, mempengaruhi keakuratan dan keandalan sensor. Dalam aplikasi yang memerlukan pengukuran presisi tinggi, seperti kontrol proses industri yang presisi dan pemantauan peralatan medis penting, histeresis dapat menyebabkan kesalahan pengukuran yang signifikan dan bahkan menyebabkan kegagalan seluruh sistem pengukuran. Oleh karena itu, memahami dan meminimalkan dampak histeresis adalah bagian penting untuk memastikan pengoperasian yang efisien dan akuratsensor tekanan.
Solusi untuk Histeresis pada Sensor Tekanan:
Untuk memastikan efek histeresis serendah mungkinsensor tekanan, produsen telah mengambil beberapa langkah penting untuk mengoptimalkan kinerja sensor:
- Pemilihan material: Pemilihan material memainkan peran yang menentukan dalam histeresis. Oleh karena itu, produsen dengan hati-hati memilih bahan inti yang digunakan dalam konstruksi sensor, seperti diafragma, segel, dan cairan pengisi, untuk memastikan bahan tersebut menunjukkan histeresis minimal dalam kondisi kerja yang berbeda.
- Optimalisasi desain: Dengan meningkatkan desain struktural sensor, seperti bentuk, ukuran, dan ketebalan diafragma, serta mengoptimalkan metode penyegelan, produsen dapat secara efektif mengurangi histeresis yang disebabkan oleh gesekan, gesekan statis, dan deformasi material.
- Perawatan penuaan: Sensor yang baru diproduksi mungkin menunjukkan histeresis awal yang signifikan. Melaluipengobatan penuaandan program pengujian khusus, material dapat dipercepat untuk stabil dan beradaptasi, sehingga mengurangi histeresis awal ini. Gambar di bawah menunjukkanXDB305sedang menjalanipengobatan penuaan.
- Kontrol produksi yang ketat: Dengan mengontrol toleransi dan kualitas secara ketat selama proses produksi, produsen memastikan konsistensi setiap sensor dan meminimalkan dampak variasi produksi terhadap histeresis.
- Kalibrasi dan kompensasi tingkat lanjut: Beberapa produsen menggunakan teknologi kompensasi digital canggih dan metode kalibrasi multi-titik untuk secara tepat memodelkan dan memperbaiki histeresis pada keluaran sensor.
- Pengujian dan penilaian kinerja: Semua sensor menjalani pengujian terperinci untuk menilai karakteristik histeresisnya. Berdasarkan hasil pengujian, sensor dinilai untuk memastikan bahwa hanya produk yang memenuhi standar histeresis tertentu yang dirilis ke pasar.
- Pengujian masa pakai yang dipercepat: Untuk memverifikasi stabilitas kinerja sensor sepanjang masa pakai yang diharapkan, produsen melakukan uji penuaan dan masa pakai yang dipercepat pada sampel untuk memastikan bahwa histeresis tetap dalam batas yang dapat diterima.
Langkah-langkah komprehensif ini membantu produsen secara efektif mengendalikan dan mengurangi fenomena histeresissensor tekanan, memastikan bahwa sensor memenuhi persyaratan akurasi dan keandalan yang tinggi dalam aplikasi sebenarnya.
Waktu posting: 09-Mei-2024